合成生物學工業應用未來展望

近年來世界范圍內合成生物學技術迅猛發展，我國在此領域人才儲備不斷擴大，技術能力不斷提升，在整體發展水平上保持了與國際同行。在合成生物學技術的推動下，我國生物制造產業快速進步。氨基酸、維生素等傳統產品的技術升級不斷推進，在一些重要產品上已經能部分繞開專利封鎖。在新產品開發上，國外有長鏈醇、1,4-?丁二醇、對苯二甲酸等一系列重要大宗化學品的生物制造技術，而我國科學家在肌醇、3-?羥基丙酸、己二酸等化合物的生物制造技術上實現世界領先。在新酶設計、新合成途徑設計這些最前沿、決定未來產業布局的研究方向上，保持了與國際并行。

但同時必須認識到，面向國際市場競爭，在我國生物制造產業中，玉米等重要發酵原料的高昂成本始終是一大劣勢。因此，要實現生物制造產業的突破，打造我國生物制造產業的國際競爭力，在現有合成生物學工業應用的基礎上還需大力發展非糧原料的利用技術。一方面，要開發木質纖維素利用技術，使微生物細胞工廠能高效利用秸稈、木屑等非糧生物質；另一方面，可以探索以?CO₂等為主要原料的生物技術，探索全新的碳利用途徑。隨著國家和人民對生態環境保護的日益重視，未來我國的生物制造產業對廢水廢物的排放將有更高的要求，這就要求我們不斷去提升細胞工廠技術，在降低分離提取技術成本的同時，最大限度地減少副產品的合成，從而減少對環境的污染。

合成生物學現有的發展多是基于自然界中已有生物合成途徑的化學品實現生物制造。然而，絕大部分化學品是沒有天然生物合成途徑的，這為今后生物制造產業的發展帶來很大的挑戰，但也正是合成生物學真正展現其顛覆性價值之處。目前能從頭創建化學品全新生物合成途徑的報道還非常少，最大的瓶頸之一是新酶設計能力。要實現人工構建全新的合成途徑，必須將計算生物學、合成化學、化學生物學、蛋白質科學等多學科進行深度的交叉融合，才能在新酶設計方面獲得突破。因此，多學科會聚以及更廣泛合作網絡的構建，將是未來合成生物學發展的重要特點。

致謝感謝中國科學院天津工業生物技術研究所張學禮、畢昌昊、孫際賓、鄭平、游淳、田朝光、張大偉、朱欣娜、于勇和中國科學院上海植物生理生態研究所楊晟、姜衛紅為本文撰寫提供的幫助。（作者：曾艷 趙心剛 周桔，中國科學院科技促進發展局。《中國科學院院刊》供稿）